探討民用建筑結構設計中的抗震設計

摘 要 為了應對突發地震災害，提高建筑物的抗震性能是非常重要的。設計人員必須了解抗震設計的意義、掌握抗震設計的要點、提高結構的抗震性能。本文論述了抗震設計的基本原則與重點內容，提出了設計策略。

關鍵詞 建筑結構;抗震;原則;措施

引言

我國是世界上地震活動最強烈的國家之一，強烈的地震給人民的生命和財產帶來了巨大的損失。如何提高建筑物防御地震破壞的能力、減少地震造成的人員傷亡和財產損失，需要引起每一個設計者的重視。筆者從自身結構設計實踐出發與眾人分享一些經驗與想法，以供同仁參考。

1民用建筑抗震設計的重要性

地震時釋放的巨大能量，往往造成各類建筑物和設施破壞，甚至倒塌。目前，科學技術還不能準確預測并控制地震的發生。長期的工程實踐證明，地震并不可怕，完全可以運用現代科學技術手段來減輕和防止地震災害，對建筑進行抗震設計（即采用科學合理的抗震設防標準、抗震設計方法和抗震措施）是減輕地震災害的一種積極有效的方法。通過對歷次震害的對比分析，人們不難看出，地震破壞的嚴重性以及抗震設計的重要性[1]。

2現階段我國民用建筑抗震設計的基本思想

現階段我國抗震設計的基本思想，可概述為“小震不壞、中震可修、大震不倒”的三水準抗震設防目標。眾所周知，地震具有強烈的隨機性和不確定性，其出現的次數少，作用時間短，各次地震強度差異很大，甚至在建筑物的整過使用周期內都不會發生地震，因此若要求建筑在各種強度地震動下，均保持彈性工作狀態是很不經濟的，有時甚至是不可能的。這也是目前階段建筑抗震設計與非抗震設計存在很大不同的主要原因。抗震設計實質上在于引導一種預期的結構破壞模式，即抗震設計不在于使結構不破壞，而在于使結構在多遇地震下不破壞、在設防烈度地震下產生可接受的破壞、在罕遇地震下產生不致倒塌的破壞;而非抗震設計則不同，其基本要求是：結構在預期荷載作用下保持或基本保持彈性工作狀態，結構不容許出現強度破壞，結構的變形也必須在容許范圍內。為提高建筑的抗震性能，設計人員需要準確理解與把握抗震設計的基本思想。

3提高民用建筑抗震性能的主要措施和方法

建筑抗震性能是指建筑物抵御地震破壞的綜合能力。震害表明，建筑物的破壞狀況和破壞程度，不僅取決于地震動的特性，還取決于結構自身的動力特性。地震動特性受到震源機制、震級大小、震中距、場地條件等多種因素的影響;結構的動力特性又和建筑的平面布置、結構材料、結構體系、施工質量等有關。以下主要從三個方面來探討如何提高建筑的抗震性能：

3.1 選擇適宜的建設場址

地震通過場地、地基、和基礎傳遞給上部結構;同時，場地與地基在地震時又支承著上部結構;當場地和地基發生斷層錯動、地陷等地面嚴重變形時，必然會造成建筑物的嚴重破壞。因此，選擇工程廠址時，應進行詳細的勘察，搞清地形、地質情況，挑選對建筑抗震有利的地段;避開對建筑抗震不利的地段;任何情況下均不得在抗震危險地段上，建造可能引起人員傷亡或較大經濟損失的建筑物[2]。

3.2 采用規則的建筑平面和立面

結構規則與否是影響結構抗震性能的重要因素，建筑布局簡單合理，結構布置符合抗震原則，就從根本上保證了建筑具有良好的抗震性能。因此，在抗震設防區進行建筑工程設計時應優先采用簡單、規則、均勻、對稱的建筑結構方案。歷次震害也表明，簡單、對稱的規則建筑在地震時較不易破壞，這是因為簡單、規則、對稱的結構容易估計其地震時的反應，容易采取抗震構造措施和進行細部處理;而不規則的建筑結構可能造成較大的地震扭轉效應，產生嚴重的應力集中，或形成抗震薄弱層。規則的建筑結構主要指體型（平面和立面形狀）簡單，抗側力體系的剛度和承載力上下變化連續、均勻，平面布置基本對稱。即在平立面、豎向剖面或抗側力體系上，沒有明顯的、實質的不連續（突變）。

當采用不規則的建筑結構時，應按《建筑抗震設計規范》的要求進行地震作用計算和內力調整，并應對薄弱部位采取有效的抗震構造措施;對體型復雜、平立面不規則的建筑結構，可按實際需要在適當部位設置抗震縫，形成多個較規則的抗側力結構單元。合理的建筑形體和布置在抗震設計中是頭等重要的，優先采用簡單、規則、均勻、對稱的建筑結構方案是提高建筑抗震性能的重要措施。

3.3 選用良好的抗震結構體系

選用良好的抗震結構體系是提高建筑抗震性能的重要舉措。抗震結構體系應根據設防類別、設防烈度、建筑高度、場地條件、地基、結構材料和施工等因素，經技術、經濟和使用條件綜合比較確定。抗震結構體系選擇應遵循以下幾個要點：

（1）設置多道抗震防線。每次大地震往往都伴隨有前震和余震，且地震持續的時間短則幾秒，長則幾十秒，有時甚至更長，而長時間的震動必然會造成建筑物的積累式破壞。如果建筑物采用的是僅有一道防線的結構體系，一旦該防線破壞后，在后續地面運動的作用下，就會導致建筑物的倒塌。如果建筑物采用的是多道防線的結構體系，那么當第一道防線的抗側力構件破壞后，后備的第二道乃至第三道防線的抗側力構件就可以立即接替，抵擋住后續的地震沖擊，從而可以避免建筑的倒塌。多道防線的設置，原則上應優先選擇不負擔或少負擔重力荷載的支撐、填充墻、軸壓比較小的抗震墻、實墻筒體等構件作為第一道抗震防線。比如，在框架剪力墻體系中，剪力墻作為第一道防線;在框架核心筒體系中，核心筒為第一道防線;設計合理的框架填充墻體系，實際上也是等效的雙重體系，填充墻可以吸收和耗散一定的地震能量，起到了第一道防線的作用。因此，合理設置多道防線，是提高建筑抗震能力、減輕地震破壞的必要手段[3]。

（2）保證有足夠的贅余度。一般來說，設計得當的抗震結構，其超靜定的次數愈多，對結構的抗震愈有利。在地震作用下，結構上每出現一個塑性鉸，即可吸收和耗散一定數量的地震能量，在整個結構變成機動體系之前，能夠出現的塑性鉸越多，則耗散的地震能量就越多，就更能經受住較強地震而不倒塌;另外，靜定的結構體系，其傳遞地震作用的路徑單一，一旦其中的某一根桿件或局部節點發生破壞，整個結構就會因為傳力路線的中斷而失效;而超靜定結構則不同，當某一構件或局部節點發生破壞時，地震作用仍可以通過其他途徑傳遞，其后果僅僅是降低了結構的超靜定次數，整個結構體系仍然是穩定的、完整的，仍然具有一定的抗震能力。一個良好的抗震結構體系，一定是一個具有足夠多贅余度的超靜定結構，抗震設計時，有意識地將塑性變形的發展集中在采取特殊構造措施的、潛在的塑性鉸區內，使結構具有較大的塑性變形能力和能量耗散能力，以達到減少地震反應、減輕地震損壞、提高結構抗震性能的目的。

（3）具備足夠的側向剛度。結構構件的布置，“宜使結構具有合理的剛度和承載力分布，避免因局部削弱或突變形成薄弱部位，產生過大的應力集中或塑性變形集中，結構在兩個主軸方向的動力特性宜相近”。結構越柔，自振周期越長，地震影響系數越小，結構的地震作用也越小。但是，是否就可以據此把結構設計得柔一些，以減少結構的地震作用呢？首先，歷次震害調查均表明，對于一般性的高層建筑來說，還是剛比柔好。采用剛性結構方案的高層建筑，不僅主體結構破壞輕，而且由于地震時結構變形小，隔墻、圍護墻等非結構構件的破壞也輕。而采用柔性結構方案的高層建筑，由于地震時層間位移較大，不但主體結構破壞嚴重，非結構構件也大量破壞。因此，設計高層建筑時，不宜選用剛度較小的框架體系，而應采用抗側力剛度較大的剪力墻體系、框架剪力墻體系或筒中筒體系[4]。

（4）具有良好的結構屈服機制。建筑結構的屈服機制一般分為兩種，即樓層屈服機制和總體屈服機制。所謂“樓層屈服機制”，是指結構在側向荷載作用下，結構的豎向構件先于水平構件屈服，塑性鉸先出現在豎向構件上，導致一樓層或幾個樓層發生側向整體屈服;而“總體屈服機制”，是指結構在側向荷載作用下，結構的水平構件先于豎向構件屈服，塑性鉸先出現在水平構件上，結構最終因底部全部出現塑性鉸而破壞。一般來說，弱柱框架結構、強連梁剪力墻結構會發生樓層屈服機制;而強柱弱梁框架結構、強墻弱連梁的剪力墻結構往往發生總體屈服機制，由于結構發生樓層屈服時，其塑性鉸的數量遠比總體屈服少，且屈服后的樓層塑性變形集中，存在抗震薄弱層;抗震設計時，設計人員要有意識地配置結構構件的強度與剛度，確保結構實現總體屈服機制，最大限度地吸收和耗散地震能量[5]。

4結束語

綜上所述，隨著建筑行業的快速發展，建筑抗震設計水平也在不斷提高。而嚴格遵照規范、標準進行抗震設計，優化建筑結構抗震性能，對于維護公眾生命財產安全也具有非常重要意義。

參考文獻

[1] 韓峰.高層建筑結構抗震設計淺析[J].中外企業家，2020（14）：122.

[2] 馬冬靜.建筑結構抗震設計分析[J].四川水泥，2020（4）：90.

[3] 易方民，高小旺，蘇經宇.建筑抗震設計規范理解與應用[M].北京：中國建筑工業出版社，2011：51.

[4] 黃世敏，楊沈.建筑震害與設計對策[M].北京：中國計劃出版社，2009：62.

[5] 建筑抗震設計規范：GB50011-2010[S].北京：中國標準出版社，2010.

作者簡介

尹堂武（1968-），男，湖南省桂陽縣;學歷：大專，職稱：一級注冊結構工程師，現就職單位：中藍長化工程科技有限公司，研究方向：結構施工圖審核及結構方案制定。